西门子PLC、变频器和触摸屏在电机多段调速控制中的应用

陶肖

摘 要：随着电气自动化行业的不断发展，PLC、变频器与触摸屏应用日益广泛，常用的多段调速控制系统就是这三者结合的典型应用。文章将介绍使用西门子PLC、变频器、触摸屏构成的电机多段调速控制系统，该系统界面简洁，操作方便。

关键词：西门子；PLC；变频器；触摸屏；组态

1 多段调速系统的控制说明

工业控制领域中常用到多段速度控制生产设备，在设备控制屏上选择控制模式，PLC进行信息处理后变频器将控制电机以用户指定方式运转。本控制系统中触摸屏作为上位机，主要进行控制方式的选择和电机转速的监控，运行系统时先在Smart 700 IE触摸屏上选择自动或手动方式，自动模式下电机按速度1到速度8循环运行，手动模式下通过调速开关1、开关2、开关3的组合选择不同速度；PLC作为下位机，读取输入信号并进行相关处理，然后输出信号给变频器数字输入端；变频器是执行机构，直接控制电机频率变化，可通过变频器参数设置各运行频率的具体值。

2 多段调速控制的PLC设计

本系统设有自动、手动、开关1、开关2、开关3共5个开关，即5个输入量，调速用变频器数字输入端共3个，即3个输出量，故选择西门子公司S7-200 CPU 224CN型号的PLC，采用STEP7 MicroWIN SP3软件编程[1]。本程序中设置I0.0、I0.1为触摸屏上自动、手动按钮，I0.2-I0.4为手动模式下组合选择开关，Q0.0-Q0.2为输出量，三者组合的BCD码为对应速度编号。自动模式时本设计通过定时器组成一脉冲发生器，用计数器进行计数，计数器不同值对应不同速度[2]。

3 多段调速控制的组态设计

西门子Smart 700 IE触摸屏面积小、分辨率高、处理器性能好、支持多种通讯方式、传输速度快，能与S7-200 PLC组成良好的人机交互平臺，可使用WinCC flexible 2008 SP4 中文版进行组态[3]。

3.1 创建项目

打开WinCC flexible 2008 SP4 中文版软件，进入初始界面后可选择“使用项目向导创建一个新项目”快速进行项目创建及组件选型。HMI设备设置为Smart 700，控制器为SIMATIC S7-200。

3.2 建立连接

选择项目工具栏内“连接”快捷按钮可快速建立一新连接，如图1所示，设置连接名称、通讯驱动程序及其他相关参数：Smart 700 接口为IF1 B，作为主站分配地址为1，S7-200 为从站，地址为2，两者通讯采用PPI网络，波特率与PLC系统块设置相同为9.6 kbps，其余为默认值。

3.3 定义变量

单击项目管理窗口内“变量”可进入变量管理器界面，在变量表内设置与PLC I/O分配相同的变量。

3.4 组态画面

项目生成时已自动建立一名“起始画面”的空白画面，可直接在该画面内组态界面，属性对话框也会自动切换至画面属性设置[4]。控制系统5个开关可使用工具面板内开关选项进行组态，本设计还在画面中通过表格的形式列出了手动状态下3个组合开关的状态及其对应的电机转速，并通过设置其他颜色突出电机当前状态的转速。

3.5 项目仿真

界面组态完毕需进行编译，编译无误后可使用WinCC flexible自带仿真器进入系统模拟运行，在变量表内可设置各变量数值。

3.6 传送项目

用PC/PPI线缆连接电脑与Smart 700 IE，打开触摸屏选择“Control Panel”，设置串口为“enable”状态。再次进入初始界面选择“Transfer”，同时在WinCC flexible中选择项目传输，两端通讯成功即开始传送项目，传送完成后触摸屏会直接打开刚装载的组态画面[5]。

4 多段调速控制的变频器参数设置

本系统控制变频器采用西门子公司MM420型号变频器，该变频器操作简单实用，适用于OEM行业的中小功率变速驱动系统，如纺织、印刷、包装行业的水泵、风机和传送带系统驱动装置等[6]。

4.1 恢复变频器工厂缺省值（如表1）

4.2 设置电动机参数（如表2）

设置完成后，使P0010=0，变频器处于准备状态，即可进入运行。

4.3 设置数字输入控制端口开关操作运行参数（如表3）

4.4 变频器与PLC联机调试

用外部开关连接PLC输入端通过输出控制变频器，检查输出频率是否符合设计要求。

5 多段调速控制系统调试

用RS-485通讯线缆连接S7-200和Smart 700 IE，PLC输出端直接连接变频器数字输入端口，启动触摸屏、变频器，并将S7-200置于运行状态，通过触屏控制系统运行，检查是否符合控制要求。

6 结束语

本系统为一小型多段变频调速控制系统，控制界面方便简洁，操作简单，并能对当前状态进行实时监控，方便使用者及时了解电机当前运转状态。

参考文献

[1]西门子公司.S7-200可编程序控制器系统手册[M].2007.

[2]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]西门子公司.Smart 700 IE、Smart 1000 IE操作说明[Z].2013.

[4]西门子公司.WinCC flexible 2008软件手册[Z].2008.

[5]廖常初，陈晓东.西门子人机界面触摸屏组态与应用技术第2版[M].北京：机械工业出版社，2008.

[6]西门子公司.MICROMASTER 420入门指南[Z].2013.